JPWO2013136474A1

JPWO2013136474A1 - 冷却システム

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Publication number: JPWO2013136474A1
Application number: JP2014504559A
Authority: JP
Inventors: ▲高▼須　庸一; 庸一 ▲高▼須; 阿部　知行; 知行阿部
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2015-08-03
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: WO2013136474A1; JP5871053B2; US20140367081A1

Abstract

一つの側面として、電子機器が設置された環境の温度より低温の冷却流体を電子機器に供給することを目的とする。冷却システム（１０）は、電子機器（１２）と、供給配管（１４）と、排出配管（１６）と、熱交換部（１８）とを備えている。供給配管（１４）は、電子機器（１２）に冷却流体を供給し、排出配管（１６）は、電子機器（１２）から冷却流体を排出する。熱交換部（１８）は、供給配管（１４）を流れる冷却流体の温度が電子機器（１２）の設置された環境の露点よりも低い場合に、供給配管（１４）と排出配管（１６）との間で熱交換する。

Description

本願の開示する技術は、冷却システムに関する。

従来、電子機器と、電子機器に冷却流体を供給する供給配管と、電子機器から冷却流体を排出する排出配管を備え、結露を抑制するために、電子機器に供給する冷却流体の温度を電子機器が設置された環境の温度よりも高く保つようにした冷却装置が知られている。

特開平７−２１８０７５号公報

しかしながら、上述の冷却装置では、電子機器が設置された環境の湿度が考慮されていない。このため、この環境の温度より低温の冷却流体を電子機器に供給することができない。

そこで、本願の開示する技術は、一つの側面として、電子機器が設置された環境の温度より低温の冷却流体を電子機器に供給することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願の開示する技術によれば、電子機器と、供給配管と、排出配管と、熱交換部とを備えた冷却システムが提供される。供給配管は、電子機器に冷却流体を供給し、排出配管は、電子機器から冷却流体を排出する。熱交換部は、供給配管を流れる冷却流体の温度が電子機器の設置された環境の露点よりも低い場合に、供給配管と排出配管との間で熱交換する。

本願の開示する技術によれば、電子機器が設置された環境の温度より低温の冷却流体を電子機器に供給することができる。

第一実施形態に係る冷却システムの平面図である。基板の断面図である。熱交換部及びその周辺部の断面図である。第二実施形態に係る冷却システムの平面図である。第三実施形態に係る冷却システムの平面図である。第三実施形態における温度検出器、湿度検出器、及び、制御部のブロック図である。熱交換部の変形例を示す断面図である。

［第一実施形態］
はじめに、本願の開示する技術の第一実施形態を説明する。

図１に示されるように、本願の開示する技術の第一実施形態に係る冷却システム１０は、電子機器１２と、供給配管１４と、排出配管１６と、熱交換部１８を備えている。

電子機器１２は、送風部２０と基板２２を有している。送風部２０は、例えば、ファンとされており、電子機器１２の筐体２４の内部に冷却風Ｗの流れを形成する。基板２２は、筐体２４の内部に収容されており、送風部２０よりも冷却風Ｗの流れの下流側に配置されている。

この基板２２は、複数の発熱体３１，３２，３３，３４と、冷却部４０を有している。各発熱体３１〜３４は、例えば、基板２２に実装された演算素子（ＣＰＵ）や電子部品等とされており、電力を消費して発熱する。また、基板２２には、発熱体３１〜３４の他に、例えば、メモリモジュール（ＤＩＭＭ）などのその他の発熱体３５，３６，３７が実装されている。

冷却部４０は、複数の冷却部材４１，４２，４３，４４を有している。図２に示されるように、冷却部材４１は、例えば、クーリングプレートとされており、中空状に形成されている。この冷却部材４１の内壁面からは、複数のフィン４６が立設されている。この冷却部材４１は、発熱体３１に重ね合わされている。その他の冷却部材４２〜４４も、冷却部材４１と同様の構成とされており、発熱体３２〜３４にそれぞれ重ね合わされている。

供給配管１４は、図示しない冷却流体循環装置の出口と冷却部材４１の入口（冷却部４０の入口）とを接続しており、排出配管１６は、冷却部材４４の出口（冷却部４０の出口）と上述の冷却流体循環装置の入口とを接続している。

また、冷却部材４１の出口と冷却部材４２の入口とは、接続管５１により接続されており、冷却部材４２の出口と冷却部材４３の入口とは、接続管５２により接続されている。また、冷却部材４３の出口と冷却部材４４の入口とは、接続管５３により接続されている。

そして、図示しない冷却流体循環装置から冷却流体が送出されると、この冷却流体は、供給配管１４を通じて電子機器１２に供給され、電子機器１２から排出配管１６を通じて上述の冷却流体循環装置に戻る。

つまり、より具体的には、供給配管１４を流れる冷却流体は、冷却部材４１、接続管５１、冷却部材４２、接続管５２、冷却部材４３、及び、接続管５３を通って冷却部材４４に至る。また、冷却部材４１〜４４に至った冷却流体は、排出配管１６を通じて冷却流体循環装置に戻る。

また、このときに、冷却流体が流れる冷却部材４１〜４４（冷却部４０）と発熱体３１〜３４とがそれぞれ熱交換することで、発熱体３１〜３４が冷却される。この場合の冷却流体としては、例えば、水などが使用される。

また、上述の供給配管１４及び排出配管１６は、互いに並列に設けられた並列部１４Ａ，１６Ａを有している。そして、この並列部１４Ａ，１６Ａには、熱交換部１８が設けられている。

熱交換部１８は、図３に示されるように、第一多孔質体６２と第二多孔質体６４を有している。この第一多孔質体６２及び第二多孔質体６４は、筐体２４の内部に収容されている。

第一多孔質体６２は、断面円環状に形成されており、供給配管１４の周囲に設けられている。一方、第二多孔質体６４は、排出配管１６と第一多孔質体６２との間に設けられており、この排出配管１６と第一多孔質体６２とを繋いでいる。この第一多孔質体６２及び第二多孔質体６４は、例えば、ポリイミド系、又は、フッ素系の樹脂により形成されている。

また、第一多孔質体６２には、複数の孔の内周面を含む全体に撥水処理が施されている。この撥水処理には、例えば、フロン系、又は、シリコーン系の処理剤等が用いられる。一方、第二多孔質体６４には、複数の孔の内周面を含む全体に親水処理が施されている。この親水処理には、例えば、アクリルアミド系の処理剤等が用いられる。この第一多孔質体６２及び第二多孔質体６４の下方には、断熱材で形成された受け皿６６が設けられている。

また、図１に示されるように、筐体２４の内部には、上述の送風部２０により、冷却風Ｗの流れが形成される。そして、このようにして、電子機器１２の筐体２４の内部に冷却風Ｗの流れが形成されることにより、第一多孔質体６２及び第二多孔質体６４には、電子機器１２が設置された環境７０の雰囲気が供給されている。

次に、本願の開示する技術の第一実施形態の作用及び効果について説明する。

この冷却システム１０では、図示しない冷却流体循環装置から冷却流体が送出されると、冷却流体が各冷却部材４１〜４４に供給される。そして、冷却流体が流れる冷却部材４１〜４４と発熱体３１〜３４とがそれぞれ熱交換することで、発熱体３１〜３４が冷却される。

このとき、例えば、環境７０の雰囲気が十分に乾燥しており、この環境７０の露点が冷却流体の温度よりも低ければ、供給配管１４に結露は発生しない。一方、例えば作業者がコンピュータルームに入ったため、電子機器１２の周辺の湿度が局所的に高くなり、環境７０の露点が冷却流体の温度よりも高くなると熱交換部１８による熱交換領域において供給配管１４に結露が生じる。

ここで、上述のように、第一多孔質体６２には、複数の孔の内周面を含む全体に撥水処理が施されており、第二多孔質体６４には、複数の孔の内周面を含む全体に親水処理が施されている。従って、供給配管１４に生じた結露水は、第一多孔質体６２により吸収された後、第二多孔質体６４に移動する。この結果、供給配管１４と排出配管１６との間の熱抵抗が下がり、排出配管１６を流れる高温の冷却流体から供給配管１４を流れる低温の冷却流体へ熱が移動し、供給配管１４を流れる冷却流体の温度が上昇する。

このように、この冷却システム１０によれば、供給配管１４を流れる冷却流体の温度が電子機器１２の設置された環境７０の露点よりも低い場合には、熱交換部１８により供給配管１４と排出配管１６との間で熱交換される。よって、電子機器１２が設置された環境７０の湿度が局所的に上昇した場合でも、基板２２上での結露を抑制することができる。従って、過剰なマージンを設けることなく、環境７０の温度よりも低温の冷却流体を電子機器１２に供給することができる。

しかも、熱交換部１８に第一多孔質体６２及び第二多孔質体６４を用いているので、簡単な構造により熱交換することができる。

また、第一多孔質体６２には、撥水処理が施され、第二多孔質体６４には、親水処理が施されているので、結露水の移動を円滑に行うことができる。これにより、供給配管１４と排出配管１６との間の熱交換を迅速に行うことができる。

また、第一多孔質体６２及び第二多孔質体６４には、電子機器１２が設置された環境７０の雰囲気が供給されているので、この環境７０の雰囲気に対応した迅速な熱交換を行うことができる。

また、第一多孔質体６２及び第二多孔質体６４は、電子機器１２の筐体２４の内部に収容されている。従って、送風部２０により電子機器１２が設置された環境７０の雰囲気を第一多孔質体６２及び第二多孔質体６４に供給しつつ、この筐体２４により第一多孔質体６２及び第二多孔質体６４を保護することができる。

［第二実施形態］
次に、本願の開示する技術の第二実施形態を説明する。

図４に示される本願の開示する技術の第二実施形態に係る冷却システム８０は、上述の第一実施形態に係る冷却システム１０に対し、次の如く構成が変更されている。

つまり、供給配管１４における熱交換部１８による熱交換領域（並列部１４Ａ）よりも上流側の部位には、平面視にて略Ｕ字状に折り曲げられた折曲部１４Ｂが形成されている。この折曲部１４Ｂには、ラジエータ８２が設けられている。この折曲部１４Ｂ及びラジエータ８２は、基板２２よりも冷却風Ｗの流れの下流側に配置されている。

従って、この冷却システム１０によれば、基板２２に実装された発熱体３１〜３４や、その他の発熱体３５〜３７により冷却風の温度が上昇しても、この冷却風をラジエータ８２により冷却することができる。これにより、電子機器１２が設置された環境７０の温度の上昇を抑制することができる。

［第三実施形態］
次に、本願の開示する技術の第三実施形態を説明する。

図５に示される本願の開示する技術の第三実施形態に係る冷却システム９０は、上述の第二実施形態に係る冷却システム８０に対し、次の如く構成が変更されている。

つまり、この冷却システム９０には、バイパス管９２が追加されている。このバイパス管９２は、供給配管１４における熱交換部１８による熱交換領域（並列部１４Ａ）よりも上流側の部位と、排出配管１６における熱交換部１８による熱交換領域（並列部１６Ａ）よりも下流側の部位とをバイパスしている。

また、このバイパス管９２と並列部１４Ａとの分岐部には、例えば、流量調整バルブ等の流量調整部９４が設けられている。この流量調整部９４は、供給配管１４を流れる冷却流体の流量と、バイパス管９２を流れる冷却流体の流量との割合を調整する。

さらに、この冷却システム９０は、図６に示されるように、温度検出器９６、湿度検出器９８、及び、制御部１００を備えている。

温度検出器９６は、冷却部４０の入口付近に設けられており、冷却部４０に供給される冷却流体の温度を検出する。湿度検出器９８は、環境７０に設置されており、この環境７０の湿度（相対湿度）を検出する。制御部１００は、例えば、演算素子（ＣＰＵ）や記憶装置を有する電子回路等とされている。

そして、この冷却システム９０では、冷却部４０に供給される冷却流体の温度が環境７０の露点よりも高くなるように、温度検出器９６及び湿度検出器９８の検出結果に基づいて流量調整部９４が制御部１００により制御される。

従って、例えば、冷却部４０に供給される冷却流体の温度が環境７０の露点以下となるような場合には、冷却部４０に供給される冷却流体の流量が少なくなるように、流量調整部９４が制御される。これにより、排出配管１６を流れる冷却流体の温度が上昇するため、供給配管１４を流れる冷却流体の温度も上昇する。この結果、基板２２上での結露を抑制することができる。

また、例えば、冷却部４０に供給される冷却流体の温度が環境７０の露点よりも十分に高い場合には、冷却部４０に供給される冷却流体の流量が多くなるように、流量調整部９４が制御される。すなわち、制御部１００は、冷却部４０に供給される冷却流体の温度が環境７０の露点よりも高い一定の温度範囲に収まるように、温度検出器９６及び湿度検出器９８の検出結果に基づいて流量調整部９４を制御する。この一定の温度範囲は、環境７０の露点よりも高く、且つ、発熱体３１〜３４を適切に冷却できる温度に設定される。

従って、冷却部４０に供給される冷却流体の温度を、環境７０の露点よりも高く維持しつつ、発熱体３１〜３４の冷却に必要な適切な値に保つことができる。これにより、発熱体３１〜３４を適切に冷却することができる。

次に、上記各実施形態の変形例について説明する。

上記各実施形態では、第一多孔質体６２に撥水処理が施され、第二多孔質体６４に親水処理が施されることにより、第一多孔質体６２から第二多孔質体６４へ結露水が移動されていた。ところが、その他にも、例えば、第一多孔質体６２における各孔の孔径が、第二多孔質体６４における各孔の孔径よりも大きく設定されても良い。そして、この孔径の違いによる毛細管現象を利用することにより、第一多孔質体６２から第二多孔質体６４へ結露水が移動されても良い。なお、この場合の孔径とは、複数の孔の平均孔径のことである。

このように構成されていても、供給配管１４に生じた結露水の移動を第一多孔質体６２から第二多孔質体６４へ円滑に行うことができる。これにより、供給配管１４と排出配管１６との間の熱抵抗が下がるので、この結果、上記実施形態と同様に、供給配管１４と排出配管１６との間の熱交換を迅速に行うことができる。

また、第一多孔質体６２に撥水処理が施され、第二多孔質体６４に親水処理が施された上で、第一多孔質体６２における各孔の孔径が、第二多孔質体６４における各孔の孔径よりも大きく設定されても良い。

また、上記各実施形態において、第一多孔質体６２及び第二多孔質体６４は、電子機器１２の筐体２４の内部に収容されていた。ところが、第一多孔質体６２及び第二多孔質体６４は、電子機器１２の筐体２４の外部に設けられていても良い。そして、これにより、電子機器１２が設置された環境７０の雰囲気が第一多孔質体６２及び第二多孔質体６４に供給されても良い。

また、上記各実施形態において、熱交換部１８は、第一多孔質体６２と第二多孔質体６４を有していたが、図７に示されるように、撥水部材１０２と親水部材１０４を有していても良い。

撥水部材１０２は、断面円環状に形成されており、供給配管１４の周囲に設けられている。この撥水部材１０２は、例えば、樹脂部材の表面に撥水処理を施す等により撥水性を有している。一方、親水部材１０４は、排出配管１６と撥水部材１０２との間に設けられており、この排出配管１６と撥水部材１０２とを繋いでいる。この親水部材１０４は、例えば、樹脂部材の表面に親水処理等を施す等により親水性を有している。

このように構成されていても、供給配管１４に生じた結露水の移動を撥水部材１０２から親水部材１０４へ円滑に行うことができる。これにより、供給配管１４と排出配管１６との間の熱抵抗が下がるので、この結果、上記実施形態と同様に、供給配管１４と排出配管１６との間の熱交換を迅速に行うことができる。

以上、本願の開示する技術の一態様について説明したが、本願の開示する技術は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

Claims

電子機器と、
前記電子機器に冷却流体を供給する供給配管と、
前記電子機器から前記冷却流体を排出する排出配管と、
前記供給配管を流れる前記冷却流体の温度が前記電子機器の設置された環境の露点よりも低い場合に、前記供給配管と前記排出配管との間で熱交換する熱交換部と、
を備えた冷却システム。
前記熱交換部は、
前記供給配管に設けられた第一多孔質体と、
前記排出配管と前記第一多孔質体とを繋ぐ第二多孔質体と、
を有している、
請求項１に記載の冷却システム。
前記第一多孔質体には、撥水処理が施され、
前記第二多孔質体には、親水処理が施されている、
請求項２に記載の冷却システム。
前記撥水処理には、フロン系、又は、シリコーン系の処理剤が用いられている、
請求項３に記載の冷却システム。
前記親水処理には、アクリルアミド系の処理剤が用いられている、
請求項３又は請求項４に記載の冷却システム。
前記第一多孔質体の孔径は、前記第二多孔質体の孔径よりも大きく設定されている、
請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載の冷却システム。
前記第一多孔質体及び前記第二多孔質体には、前記環境の雰囲気が供給されている、
請求項２〜請求項６のいずれか一項に記載の冷却システム。
前記第一多孔質体及び前記第二多孔質体は、前記電子機器の筐体の内部に収容され、
前記第一多孔質体及び前記第二多孔質体には、送風部によって前記筐体の内部に冷却風の流れが形成されることにより、前記環境の雰囲気が供給されている、
請求項７に記載の冷却システム。
前記第一多孔質体は、前記供給配管の周囲に設けられている、
請求項２〜請求項８のいずれか一項に記載の冷却システム。
前記第一多孔質体及び前記第二多孔質体は、ポリイミド系、又は、フッ素系の樹脂により形成されている、
請求項２〜請求項９のいずれか一項に記載の冷却システム。
前記熱交換部は、
前記供給配管に設けられた撥水部材と、
前記排出配管と前記撥水部材とを繋ぐ親水部材と、
を有している、
請求項１に記載の冷却システム。
前記供給配管及び前記排出配管は、互いに並列に設けられた並列部を有し、
前記熱交換部は、前記並列部に設けられている、
請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の冷却システム。
前記電子機器は、発熱体が実装された基板と、前記発熱体と熱交換する冷却部とを有し、
前記供給配管は、前記冷却部に前記冷却流体を供給する、
請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の冷却システム。
前記電子機器の筐体の内部に冷却風の流れを形成する送風部と、
前記筐体の内部に収容され発熱体が実装された基板よりも前記冷却風の流れの下流側に配置されると共に、前記供給配管に設けられたラジエータと、
を備えた請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の冷却システム。
前記供給配管における前記熱交換部による熱交換領域よりも上流側の部位には、平面視にて略Ｕ字状に折り曲げられた折曲部が形成され、
前記ラジエータは、前記折曲部に設けられている、
請求項１４に記載の冷却システム。
前記供給配管における前記熱交換部による熱交換領域よりも上流側の部位と、前記排出配管における前記熱交換部による熱交換領域よりも下流側の部位とをバイパスするバイパス管と、
前記供給配管を流れる前記冷却流体の流量と前記バイパス管を流れる前記冷却流体の流量との割合を調整する流量調整部と、
を備えた請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載の冷却システム。
前記電子機器に供給される前記冷却流体の温度を検出する温度検出器と、
前記環境の湿度を検出する湿度検出器と、
前記電子機器に供給される前記冷却流体の温度が前記環境の露点よりも高くなるように、前記温度検出器及び前記湿度検出器の検出結果に基づいて前記流量調整部を制御する制御部と、
を備えた請求項１６に記載の冷却システム。
前記制御部は、前記電子機器に供給される前記冷却流体の温度が前記環境の露点よりも高い一定の温度範囲に収まるように、前記温度検出器及び前記湿度検出器の検出結果に基づいて前記流量調整部を制御する、
請求項１７に記載の冷却システム。